一种用于驱动船体上动力系统的氢动力发电装置及方法与流程

本发明属于电解制氢应用领域，特别涉及一种用于驱动船体上动力系统的氢动力发电装置及方法。

背景技术：

中国是世界上最早制造出独木舟的国家之一，在船舶技术发展史上，迈出了重要的一步。随后人们又在长期航行的实践中，创造了利用风力行驶的船——帆船，只要使帆与风向成一定的角度，帆就能受到推船前进的风力而前行。经过几千年的发展，随着蒸汽机的发明和科学技术的进步，帆终于被机械所取代，帆船也逐渐发展成为装有引擎的船，最先代替帆的是蒸汽机。开始的汽船是由明轮推进的，然后又发展成为螺旋桨推进，接着人们又陆续发明了涡轮机、柴油机、汽油机和核动力等装置。

随着经济发展，我国水路货物运输量和港口吞吐量连续多年稳居世界第一。世界十大最繁忙的港口有7个在中国，占全球货物吞吐量的四分之一以上。繁忙的水运和海运带来了空气污染，由于船舶所使用的燃料主要是渣油或重油，都属于柴油范畴，其含硫量是车用油的100至3500倍，并且还含有镉、钒、铅等重金属。在京津冀、长三角、珠三角及沿海沿江地区，船舶港口排放已成为大气污染的重要来源之一。

除此之外，商用轮船的续航能力远低于大型军舰的续航能力，可能会面临续航里程不足，无法中途加油的困扰。这就需要每次出行前加载更多的燃料，而这也占据了船体本身空间增加了负重。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于驱动船体上动力系统的氢动力发电装置及方法，解决了现有的商用轮船存在续航里程不足，也无法进行中途加油的问题，导致船体需要加载更多的燃料，进而增加船体本身的负重。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种用于驱动船体上动力系统的氢动力发电装置，包括潮流能发电系统、电解制氢子系统和氢气发电机，其中，海水淡化系统的淡水出口连接电解制氢子系统的水入口，电解制氢子系统的氢气出口连接氢气发电机，氢气发电机的电能输出端连接动力系统，动力系统驱动轮船行驶；潮流能发电系统向电解制氢子系统提供电源。

优选地，动力系统包括传动轴和螺旋桨，传动轴的一端与螺旋桨连接，另一端与氢气发电机的电能输出端连接。

优选地，潮流能发电系统包括垂直轴叶轮、箱体、发电机和电缆，其中，垂直叶轮固定在箱体内，箱体放置在海水内；垂直叶轮的输出轴连接发电机的输入轴，发电机的输出轴通过电缆连接电解制氢子系统。

优选地，电解制氢子系统包括制氢设备，其中，制氢设备上设置有液体输入端、气体输出端和电能输入端，其中，液体输入端与海水淡化系统的液体出口连接，气体输出端与氢气发电机连接；电能输入端与潮流能发电系统连接。

优选地，气体输出端还连接有氢气存储罐。

优选地，海水淡化系统包括预处理设备、高压泵和反渗透膜元件，其中，预处理设备的出口连接高压泵，高压泵的出口连接反渗透膜元件的入口，反渗透膜元件的出口连接制氢子系统的入口。

一种用于驱动船体上动力系统的氢动力发电方法，基于一种用于驱动船体上动力系统的氢动力发电装置，包括以下步骤：

海下水流流入潮流能发电系统，通过潮流能发电系统将潮流涌入的能量变为电能，并将电能输送到电解制氢子系统用来制氢；

海水淡化系统入口在海面以下，随时将海水吸进来，经过海水淡化系统将海水淡化并高压打入到电解制氢子系统；潮流能发电系统的电能将净化的电解原料水在海水淡化系统中进行电解制氢，从海水淡化系统的气体输出至氢气发电机中，带动氢气发电机运转，从而完成利用清洁能源氢气作为动力燃料使船舶行驶的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种用于驱动船体上动力系统的氢动力发电装置，通过获取大自然中的海水进行淡化处理，增加潮流能发电装置环节，利用电解制氢手段，产生清洁能源燃料氢气，代替污染空气或海水的化石燃料，较少碳排放，具有清洁环保属性；同时，该装置可连续不间断获取原料(淡化海水)并且可随时电解产生氢气，满足轮船长不间断行驶要求，增加续航里程。并且省去停泊加油环节，节省时间，避免没有动力燃料无法行驶的紧急情况发生；该装置原理简单，可长时间无限次使用，不需要反复购买柴油或燃煤动力原料，节省成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是电解制氢部分示意图；

其中，1、传动轴2、螺旋桨3、垂直叶轮4、箱体5、发电机6、电缆7、制氢设备7-1、液体输入端7-2、气体输出端7-3、电能输入端8、氢气发电机9、氢气存储罐10、柴油发电机11、预处理设备12、高压泵13、反渗透膜元件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明提供的一种用于驱动船体上动力系统的氢动力发电装置，包括动力系统、潮流能发电系统、电解制氢子系统和氢气发电机8，其中，海水淡化系统的淡水出口连接电解制氢子系统的水入口，电解制氢子系统的氢气出口连接氢气发电机8，氢气发电机8的电能输出端连接动力系统，动力系统驱动轮船行驶；潮流能发电系统向电解制氢子系统提供电源。

动力系统包括传动轴1和螺旋桨2，传动轴1的一端与螺旋桨2连接，另一端与氢气发电机8的电能输出端连接。

潮流能发电系统包括垂直轴叶轮3、箱体4、发电机5和电缆6，其中，垂直叶轮3固定在箱体4内，箱体4放置在海水内；垂直叶轮3的输出轴连接发电机5的输入轴，发电机5的输出轴通过电缆6连接电解制氢子系统。

电解制氢子系统包括制氢设备7，其中，制氢设备7上设置有液体输入端7-1、气体输出端7-2和电能输入端7-3，其中，液体输入端7-1与海水淡化系统的液体出口连接，气体输出端7-2与氢气发电机8连接，或与氢气存储罐9连接；电能输入端7-3与电缆6连接。

海水淡化系统包括预处理设备11、高压泵12和反渗透膜元件13，其中，预处理设备11的出口连接高压泵12，高压泵12的出口连接反渗透膜元件13的入口，反渗透膜元件13的出口连接制氢子系统的入口。

预处理设备11包括过滤器、微滤器和软化水处理器，其中，过滤器的出口连接微滤器的入口，微滤器的出口连接软化水处理器的入口。

本发明的工作原理为：

船舶起步行驶时，先利用原有的重油或煤作为动力燃料，燃烧使柴油发电机10工作，螺旋桨1转动，带动轮船向前行驶。

在向前行驶的过程中，海下水流流入潮流能子系统，带动垂直叶轮3转动，进而带动发电机5发电，将潮流涌入的能量变为电能，通过发电机5尾部的电缆6将电能输送到制氢子系统的电流输入端7-3中用来制氢。

海水淡化子系统入口在海面以下，随时将海水吸进来，经过预处理设备11、高压泵12和反渗透膜元件13，将海水淡化并高压打入到制氢子系统的液体输入端7-1。潮流能发电子系统的电能将净化的电解原料水在制氢设备7中进行电解制氢，从制氢子系统的气体输出端7-2输出至氢气发电机8中，带动氢气发电机运转，代替原有的柴油机10工作。从而完成利用清洁能源氢气作为动力燃料使船舶行驶的目的。当氢气产生量巨大时，可将多余的氢气暂时存放于氢气存储罐9中，在行驶的过程中，可以为其他氢气动力的船舶加气。